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试议裂隙高瓦斯煤层群首采面卸压瓦斯富集规律及高效抽采技术

最后更新时间:2024-02-13 作者:用户投稿原创标记本站原创 点赞:8617 浏览:26317
论文导读:
摘要:我国煤矿大多为高瓦斯煤层群赋存条件,特点为“三高一低”,80%以上重大恶性事故与瓦斯有关,目前瓦斯治理仍是世界性难题。4.2m大采高上、下向扰动卸压范围更大,邻近层瓦斯大量涌入工作面,瓦斯制约难度大,利用首采层开采卸压增透机理,可实现邻近煤层瓦斯的高效卸压抽采。本论文针对我国西部地区高瓦斯近距离煤层群4.2m大采高回采条件,探讨了上覆岩层裂隙演化与卸压瓦斯富集规律,并以此为依据,首次提出了采取大直径(Φ=250mm)倾向钻孔群替代倾向高抽巷抽采裂隙带卸压瓦斯,实现了高瓦斯煤层群首采面瓦斯的综合治理,保证了工作面的安全高效回采。基于山西沙曲矿24207工作面煤层赋存特点及地质条件,建立了4.2m大采高煤层开采FLAC3D三维力学模型,通过模拟,综合浅析了煤层采动后的覆岩移动破坏规律、应力重新分配规律、卸压特点及卸压范围、裂隙时空演化规律,最后得到采动覆岩的三维裂隙分布形态与卸压瓦斯运移富集规律。模拟结果表明,在采前50m,项板以上1-5倍采高处属于应力增大区;顶板覆岩10倍采高以下,在采后50m范围内属于应力释放区即充分卸压区;应力恢复区在采后150-200m范围内。采后100m左右和采空区顶板到顶板以上10倍采高处属于覆岩卸压影响范围。采空区项板以上7-10倍采高处属于裂隙带,5倍采高以下属于煤岩破碎冒落带,而裂隙带中三种裂隙即横向离层裂隙、纵向破断穿层裂隙和环形分布的错断裂隙,成为瓦斯运移的良好通道和暂储空间,且裂隙相互导通是瓦斯集中富集区。基于模拟浅析结果,首次提出了大直径钻孔群替代倾向高抽巷抽采卸压瓦斯技术,通过抽采效果浅析验证了上面陈述的探讨结果。整个工作面回采期间,总瓦斯涌出量在20.76-78.52m3/min,平均达42.35m3/min,风排瓦斯量平均为11.53m3/min;实施大直径钻孔群并配合常规瓦斯综合治理措施后,工作面瓦斯抽采总量在9.14~66.51m3/min,平均为30.81m3/min;其中,倾向高抽巷抽采瓦斯纯量6.18m3/min,大直径钻孔群总瓦斯抽采纯量平均12.13m3/min,最高达33.14m3/min,大直径钻孔群总管路瓦斯抽采量平均为16.02m3/min,占抽采总量的51.45%,即大直径钻孔可替代倾向高抽巷实现卸压瓦斯的高效抽采;工作面回采期间,工作面瓦斯平均抽采率为71.20%,工作面回风流瓦斯浓度制约在0.6%以下,保证了工作面的安全高效回采。关键词:高瓦斯煤层群论文FLAC~(3D)论文裂隙发育论文大直径钻孔论文高效抽采论文
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Abstract6-12
插图清单12-17
附表清单17-18
第一章 绪论18-28

1.1 课题的探讨目的和作用18-19

1.2 国内外探讨近况19-26

1.2.1 采动覆岩移动破坏结构形式假说与论述19-22

1.2.2 采动覆岩裂隙发育及瓦斯运移规律探讨近况22-24

1.2.3 卸压瓦斯治理技术近况24-26

1.3 本论文探讨路线与主要探讨内容26-28

第二章 煤层开采力学模型与数值模拟28-44

2.1 FLAC~(3D)软件概述及基本原理28-33

2.

1.1 FLAC~(3D)程序概述28

2.

1.2 Morh-Coulomb塑性模型28-29

2.

1.3 FLAC~(3D)基本原理29-32

2.

1.4 FLAC~(3D)的求解流程32-33

2.2 模型的建立33-39

2.1 工作面地质情况33-35

2.2 模型的几何、物理力学参数35-37

2.3 模型的初始条件及边界条件37-39

2.3 模型中监测点布置及模拟计算39-43

2.3.1 模型中监测点布置39-41

2.3.2 模型的初始应力场生成41-42

2.3.3 煤层开采数值计算42-43

2.4 本章小结43-44

第三章 采动上覆岩层移动破坏与裂隙演化模拟探讨44-76

3.1 采动上覆岩层竖向移动规律及横向离层裂隙发育浅析44-51

3.

1.1 上覆岩层竖向移动规律浅析44-49

3.

1.2 上覆岩层横向离层裂隙发育规律浅析49-51

3.2 采动上覆岩层水平移动规律论文导读:
及纵向裂隙发育浅析51-56

3.3 采动顶板上覆岩层塑性破坏规律浅析56-62

3.1 顶板覆岩走向方向塑性破坏规律浅析56-58

3.2 顶板覆岩倾向方向塑性破坏规律浅析58-62

3.4 采动顶板上覆岩层卸压规律浅析62-70

3.4.1 竖直方向(SZZ)卸压规律浅析63-67

3.4.2 水平方向(SYY)卸压规律浅析67-70

3.5 采空区顶板覆岩卸压区形态浅析70-74

3.5.1 卸压区裂隙形态浅析70-71

3.5.2 卸压区压力分布形态浅析71-74

3.6 本章小结74-76

第四章 首采工作面卸压瓦斯高效抽采工程实践76-100

4.1 24207工作面概况76-79

4.

1.1 24207工作面介绍及煤层瓦斯含量76-77

4.

1.2 24207工作面巷道布置情况77

4.

1.3 瓦斯涌出量预计77-79

4.2 瓦斯综合治理措施79-88
4.

2.1 24207轨道巷侧瓦斯治理措施82-85

4.

2.2 24207胶带巷(留巷)侧瓦斯治理措施85-86

4.

2.3 24207回风巷侧瓦斯治理措施86-88

4.3 采动卸压瓦斯抽采效果浅析88-93
4.

3.1 倾向高抽巷抽采实际效果浅析88-89

4.

3.2 大直径钻孔抽采实际效果浅析89-93

4.4 工作面瓦斯综合治理效果浅析93-99

4.1 工作面瓦斯涌出量浅析93-94

4.2 工作面风排瓦斯量与瓦斯抽采量浅析94-96

4.3 瓦斯综合治理效果浅析96-99

4.5 本章小结99-100

第五章 结论与展望100-103

5.1 本论文的主要结论100-101

5.2 本论文的革新点101

5.3 探讨展望101-103

参考文献103-107
致谢107-108
作者介绍及读研期间主要科研成果108